Ricerche

Le vie di segnalazione dirette tra il cervello e i polmoni potrebbero essere alla base dei tassi più elevati di demenza e neurodegenerazione nei fumatori

La correlazione tra fumo e neurodegenerazione è ben documentata: uno studio del 2011 ha rilevato che il fumo pesante in mezza età era associato a un aumento superiore al 100% del rischio di demenza, morbo di Alzheimer e demenza vascolare più di due decenni dopo. La demenza è un effetto meno studiato del fumo per una ragione semplice e terribile: insorge più avanti nella vita e i fumatori tendono a morire più giovani. Molte delle teorie sul fumo e sulla demenza si riferiscono all’impatto sui sistemi vascolare e respiratorio del fumo, che sostanzialmente soffoca il flusso di ossigeno al cervello dopo decenni di suo uso.

Ma un nuovo studio dell’Università di Chicago pubblicato su Science Advances suggerisce che potrebbe essere coinvolta una cattiva comunicazione tra i polmoni e il cervello innescata dalla nicotina. Il lavoro ha scoperto un percorso finora mai mappato dai polmoni alla mente attraverso le cellule neuroendocrine polmonari (PNEC, pulmonary neuroendocrine cells). Quando esposte alla nicotina, queste cellule rilasciano esosomi che interrompono l’equilibrio del ferro nei neuroni, innescando sintomi spesso presenti nei pazienti con demenza.

"Questa ricerca stabilisce un chiaro asse 'polmone-cervello' che aiuta a spiegare perché il fumo di sigaretta è legato al declino cognitivo e ai rischi neurodegenerativi", ha affermato Kui Zhang, ricercatore post-dottorato di UChicago, primo coautore del nuovo lavoro. “Capendo come questi esosomi perturbano l’omeostasi del ferro, apriamo nuove porte per proteggere i neuroni dai danni indotti dal fumo”.

Che questo si riveli o meno un nesso causale per la demenza, la ricerca stessa rappresenta un potente progresso nella comprensione dei polmoni da parte degli scienziati. "Rivela che il polmone non è solo un bersaglio passivo dell'esposizione al fumo, ma un organo di segnalazione attivo che influenza la patologia cerebrale", ha affermato l'assistente prof.ssa Joyce Chen, autrice senior dello studio.

Dal polmone al cervello

Le PNEC sono cellule polmonari uniche che fondono le funzioni sia delle cellule nervose che delle cellule endocrine. Parlando il linguaggio sia delle sinapsi che degli ormoni, sono sensori importanti per le vie aeree, ma difficili da studiare. “La sfida principale era l’estrema rarità delle PNEC, che costituiscono meno dell’1% delle cellule polmonari, rendendole quasi impossibili da isolare e studiare in profondità”, ha affermato Zhang. Per esaminare queste cellule sfuggenti ma importanti, il team ha generato PNEC indotte (iPNEC) differenziando le cellule staminali pluripotenti umane, in numeri sufficientemente grandi da studiarle in laboratorio.

Quando esposte alla nicotina, le iPNEC emettono grandi quantità di esosomi, minuscole particelle che contengono materiale biologico come proteine, lipidi o acidi nucleici. La maggior parte dei tipi di cellule produce esosomi, ma i particolari esosomi prodotti dalle iPNEC in risposta alla nicotina erano ricchi di una proteina chiamata sierotransferrina, che il corpo usa per regolare il flusso di ferro nel sangue. Applicare questo modello al corpo umano potrebbe significare che con ogni boccata di sigaretta, sigaro o vaporizzatore, le PNEC naturali dei polmoni emettono enormi quantità di un materiale che influisce sul modo in cui il corpo gestisce il ferro.

"Questa nicotina avrà un impatto sulle PNEC, che rilasceranno un'enorme quantità di esosomi, causando perturbazioni in termini di omeostasi del ferro", ha detto il primo coautore Abhimanyu Thakur, che era all'UChicago durante la ricerca e ora è alla Harvard Medical School. “Stiamo trovando marcatori legati alla neurodegenerazione, che stanno aumentando e che possono essere collegati a molte malattie cognitive e legate alla demenza”.

Il lavoro futuro

Questa esplosione di sierotransferrina essenzialmente direbbe al corpo – erroneamente – di cambiare il modo in cui regola il ferro. Il nervo vago, che serpeggia dal cervello agli organi di tutto il corpo, regolando i movimenti involontari come il battito cardiaco, la respirazione e la digestione, riporterebbe questo messaggio al cervello. “Questa disomeostasi del ferro determina stress ossidativo, disfunzione mitocondriale e aumento dell’espressione di α-sinucleina, segni distintivi di neurodegenerazione”, ha detto la Chen.

Uno squilibrio di ferro nei neuroni può anche innescare erroneamente la ferroptosi, una forma di morte cellulare programmata di cellule che non avrebbero dovuto morire. Precedenti ricerche hanno associato la ferroptosi sia all’Alzheimer che al Parkinson, ma sono necessari ulteriori studi prima di poter affermare qualsiasi nesso causale. Il team sta poi cercando di vedere se il blocco degli esosomi – la fonte originale del segnale – potrebbe avere applicazioni terapeutiche.

Sebbene l’impatto diretto sugli esseri umani sia ancora lontano, la ricerca fa capire meglio agli scienziati come comunicano cervello e polmoni. “Comprendere questi percorsi di comunicazione tra organi è fondamentale per sviluppare migliori strategie di prevenzione e intervento per le malattie neurodegenerative”, ha affermato la Chen.